SE533436C2 - Metod och system för överkylning av kylvätskan i ett fordons kylsystem. - Google Patents

Description

30 533 436 motorstyrningen, som utsätts för hög värme fär i allmänhet kortare livslängd eller blir dyra att tillverka. Ett känt sätt att kyla styrenheter är att föra bort värmen med hjälp av dieselbränslet.

Känd teknik visar dock inte hur man på ett enkelt och effektivt sätt kan sänka temperaturen på ett fordons kylvätska med hjälp av en kompressordriven köldmediekrets.

UPPFINNINGENS VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Uppfinningens ändamål är att lösa nämnda problem och att påvisa en metod och ett system som ger en bättre och mer effektiv kylning av de enheter och komponenter i fordonet som behöver bättre kylning för att arbeta effektivt.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att ersätta den normala passiva kylningen, via fordonets luftkylda radiator. med en aktiv kylning som ger en effektivare nedkylning av kylvätskan än den som en passiv kylning kan åstadkomma, vilket t.ex. är särskilt fördelaktigt när fordonet framförs i varma omgivningar.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att förbättra verkningsgraden för de kylda enheterna och komponenterna i fordonet och därmed uppnå lägre bränsleförbrukning, mindre miljöpåverkan och lägre driftskostnader.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att de kylda enhet- erna i fordonet skall kunna tillverkas med hjälp av billigare komponenter och/eller att deras livslängd skall kunna förlängas.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att påvisa en lösning som utnyttjar fordonets normala kylkrets och befintliga luftkylda radiator. 10 15 20 25 30 35 533 435 Ett ytterligare ändamàl med uppfinningen är påvisa en enkel kompakt lösning som är lättplacerad i ett fordon.

Dessa nämnda, och ytterligare ändamål, uppnås enligt uppfinn- ingen genom en metod och ett system enligt de i patentkraven 1 och 6 angivna särdragen.

Uppfinningen àstadkoms principiellt genom att en kompressor- driven köldmediekrets anordnas i fordonet och vars sekundärsida ansluts till fordonets befintliga lágtemperaturs kylkrets, som exempelvis används för att kyla laddluften, EGR-gaserna, olika styrenheter mm. Närmare bestämt ansluts köldmediekretsens kondensor till fordonets kylkrets uppströms radiatorn så att åtminstone en del av den uppvärmda kylvätskan i kylkretsen passerar kondensorns värmeväxlare. Där upphettas kylvätskan ytterligare varefter den àterförs till fordonets kylkrets strax före radiatorn. Den sàlunda extra uppvärmda kylvätskan strömmar in genom radiatorn som följaktligen blir varmare än annars normalt skulle vara fallet. Eftersom skillnaden i temperatur mellan kylvätskan i radiatorn och den omgivande luften, som kyler radiatorn t.ex. med hjälp av en fläkt, ökar sà ökar även radiatorns kyleffekt, dvs. mera värme kan avges från radiatorn till den omgivande luften.

Efter det att kylvätskan passerat och kylts i radiatorn, alltså strax nedströms radiatorn, leds àtminstone en del av kylvätskan in i och genom den kompressordrivna köldmediekretsens värme- växlare som är sammanbyggd med föràngaren, och kyls där ytter- ligare. Kylvätskan pumpas därefter àter in i fordonets kylkrets nedströms radiatorn och flödar vidare ut till de enheter som skall kylas i fordonet. Detta resulterar i en "överkylning" av kylkretsens kylvätska och säkerställer en tillräcklig kylning av vitala enheter i fordonet.

Med hjälp av uppfinningen är det principiellt möjligt att åstadkomma en kylvätsketemperatur i fordonets kylkrets, efter 10 15 20 35 533 436 radiatorn, som till och med är kallare än den omgivande luft som används för kylningen av radiatorn.

Det kostar naturligtvis energi och därmed bränsle att driva ett kompressorsystem enligt uppfinningen men det sparar ännu mera energi och bränsle genom att t.ex. fordonets motor kan arbeta vid optimala betingelser vilket ger bättre verkningsgrad och lägre bränsleförbrukning.

Genom att öka temperaturen pà kylvätskan innan den passerar genom lágtemperatursradiatorn kan man alltsa kyla bort mera värme fràn fordonets kylvätskesystem. Detta pá grund av att en radiator generellt ger ifrån sig mera effekt ju större skill- naden är mellan den omgivande luftens temperatur, alltså den kylluft som passerar tvärs genom radiatorn, och temperaturen pà den kylvätska som pumpas genom radiatorn.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen framgår av den följande mer detaljerade beskrivningen av uppfinningen samt av bifogade ritningar och övriga patentkrav.

KORTFATTAD RITNINGSFÖRTECKNING Uppfinningen beskrivs härefter närmare i några föredragna utföringsexempel med ledning av bifogade ritningar.

Figur 1 representerar känd teknik inom området och visar schematiskt ett enkelt kylsystem baserat pà s.k. passiv kylning i ett fordon.

Figur 2 visar schematiskt ett uppfinningsenligt s.k. aktivt kylsystem där en kompressordriven köldmediekrets med hjälp av ledningar kopplats till fordonets befintliga kylkrets och där åtminstone en del av kylvätskan passerar àtminstone en av 10 15 20 25 30 533 435 värmeväxlarna för föràngaren och/eller kondensorn i den kompressordrivna köldmediekretsen.

Figur 3 visar schematiskt ett alternativt utföringsexempel, av uppfinningen enligt figur 2, men där hela kylvätskeflödet i fordonets kylkrets leds genom den kompressordrivna köldmedie- kretsens kondensor och föràngare.

Figur 4 visar schematiskt ett ytterligare alternativt utför- ingsexempel, av uppfinningen enligt figur 2, men där mängden kylvätska från fordonets kylkrets kan regleras så att en större eller mindre mängd kan ledas via den kompressordrivna köldmediekretsens kondensor och/eller föràngare.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNÄ UTFÖRINGSFORMR Figur 1 visar alltså känd teknik inom omradet och figuren illu- strerar ett enkelt exempel pà ett fordonsbaserat kylsystem 1 med vanlig "passiv" kylning, dvs kylvätskan, som vanligtvis består av en vatten- och glykolblandning, pumpas runt i en väsentligen sluten kylkrets 2 med hjälp av en exempelvis mekaniskt driven pump 3. Kylvätskan passerar genom en eller flera enheter 4-6 i fordonet som skall kylas. Dessa kan vara en del av fordonets motor, en motorstyrenhet, en EGR-kylare, en laddluftkylare osv. Kylvätskan flödar vidare genom en luftkyld làgtemperaturs radiator 7 varefter den àterförs till pumpen 3.

Radiatorns 7 kyleffekt begränsas bl.a. av den omgivande luftens temperatur och luftens hastighet genom radiatorn 7 och sjunker betydligt t.ex. när fordonet framförs i regioner med hög lufttemperatur. Detta medför att tillräcklig kylning inte alltid kan erhållas vilket resulterar i sämre verkningsgrad hos vitala enheter och funktioner i fordonet, och bränslekostnaderna ökar. 10 15 20 25 30 35 533 436 Figur 2 visar schematiskt ett "aktivt" kylsystem 8 enligt upp- finningen. En kompressordriven köldmediekrets 9 har via ett ledningssystem kopplats in till fordonets befintliga låg- temperaturs kylkrets 2 uppströms respektive nedströms den luftkylda radíatorn 7.

Den kompressordrivna köldmediekretsen 9 bestàr pà känt sätt av en hermetiskt sluten flödeskrets som arbetar med hjälp av ett köldmedium, vanligen en gas under tryck. Köldmediekretsen 9 innefattar pà känt sätt en mekaniskt driven kompressor 10, en ett torkfilter 13 samt ett expansionsorgan 14 och dessa komponenter är sammankopplade med kondensor 11, en föràngare 12, varandra genom ett slang- och/eller rörledningssystem. Köld- mediekretsen 9 avger värme via kondensorn 11 och tar upp värme via föràngaren 12. Bäde kondensorn 11 och förángaren 12 är här Köldmedie- från kom- pressorn 10 genom kondensorn 11, där värme avges, via tork- sammanbyggda med var sin vätskebaserad värmeväxlare. kretsens 9 flöde àstadkoms av kompressorn 10 och gär filtret 13 och expansionsorganet 14 till föràngaren 12, där värme upptas, och därefter äter till kompressorn 10. Åtminstone en del av kylvätskan i fordonets kylkrets 2 leds, efter att ha passerat enheter 4-6 och värmts upp och med hjälp av en första kylvätskepump 15, fràn en första förgrening 16a uppströms radíatorn 7 genom kondensorn 11 och dess värmeväxlare där den värms upp ytterligare. Den sålunda extra uppvärmda kylvätskan àterförs därefter till kylkretsen 2 i en andra förgrening 16b, ocksa placerad uppströms radíatorn 7 men ned- ströms den första förgreningen l6a, och leds därefter genom radíatorn 7 där kylvätskan kyls med hjälp av omgivande luft.

I figur l och 2 anges, vid ett flertal punkter, exempel pà typiska temperaturniváer som kan uppstå vid ett normalt drift- fall. Temperaturerna är representativa för en omgivnings- temperatur av ca 30 grader och är enbart exempel och kan självklart variera kraftigt mellan olika driftfall med olika belastningsfall etc. 10 15 20 30 533 436 Nedströms radiatorn 7 pumpas åtminstone en del av den nu luft- kylda kylvätskan via en tredje förgrening 16c in genom föràngarens 12 värmeväxlare, med hjälp av en andra kylvätskepump 17, där den kyls ytterligare varefter kylvätskan leds tillbaka till kylkretsen 2 via en fjärde förgrening 16d placerad nedströms radiatorn 7 och även nedströms den tredje förgreningen 160.

Pa detta sätt àstadkoms en extra kall kylvätska som effektivare kan kyla de enheter/komponenter i fordonet som behöver en bättre kylning. Genom uppfinningen kan kylvätskans temperatur efter radiatorn 7 sänkas sä att den till och med understiger den omgivande luftens temperatur.

Figur 3 visar schematiskt ett alternativt utföringsexempel av uppfinningen, där all kylvätska passerar köldmediekretsens kondensor och förángare. Därmed bildas ett gemensamt flöde i kylkretsen 2 och dimensionen pà kondensorns 11 och föràngarens 12 värmeväxlare samt pà köldmediekretsens rörledningar maste ökas. Genom att hela kylvätskeflödet passerar kondensorn 11 och föràngaren 12 kan en effektivare värmeväxling uppnås i dessa komponenter vilket ökar verkningsgraden i kylsystemet. Endast en gemensam kylvätskepump 3 behövs dessutom i detta system eftersom inga förgreningspunkter eller delflöden finns, annat än vid de enheter 4-6 som skall kylas.

Figur 4 visar schematiskt ett ytterligare alternativt utfö- ringsexempel av uppfinningen. Genom att anordna en första och en andra ventil 18a,b i kylkretsen 2, uppströms respektive ned- ströms radiatorn 7 och mellan den första och andra respektive den tredje och fjärde förgreningen 16a-d, kan mängden kylvätska som passerar genom kondensorn 11 resp. föràngaren 12 valfritt regleras. Antingen kan ventilerna 18a,b styras så att de är helt öppna eller helt stängda alternativt kan ventilerna 18a,b 10 15 20 25 533 435 regleras sä att de gradvis öppnar eller stänger flödet sà att en större eller mindre mängd kylvätska kan ledas genom det kom- pressordrivna köldmediesystemets 9 kondensor 11 och förángare 12 beroende av behovet av kylning vid varje enskilt tillfälle.

Enligt uppfinningen är det också möjligt att föràngaren 12 och kondensorn 12, med sina respektive värmeväxlare, är samman- byggda och integrerade i en gemensam enhet 19, vilket indikeras med en streckad box i figur 4, i syfte att skapa en kompakt enhet som är lätt att placera i fordonet och som kan leverera bade varm och kall vätska.

De i figur 4 angivna temperaturvärdena visar ett driftsfall där ventilerna 18a,b är åtminstone delvis öppna.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till nägra olika föredragna utföringsformer. Naturligtvis är uppfinningen inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan de skall endast betraktas som exempel. Även andra varianter av uppfinningen är alltsà fullt möjliga inom ramen för bifogade patentkravs skyddsomfàng. Det är sålunda möjligt att den kompressordrivna köldmediekretsen endast kopplas in nedströms fordonets befintliga radiator och därvid, via sin föràngare, kyler vätskan nedströms radiatorn. Det är i ett sådant system ocksa möjligt att kondensorn är luftkyld istället för vätske- kyld.

Claims (6)

10 15 20 30 35 PATENTKRAV

1. Metod för kylning av kylvätska i ett fordons kylkrets inne- fattande en köldmediekrets (9), som drivs av en kompressor (10). radiator (7), kânnetecknad av, och med en kondensor (ll), en föràngare (12) samt en - anslutning av köldmediekretsens vätskekylda kondensor (ll) till fordonets kylkrets (2) uppströms radiatorn (7) och anslutning av vätskekylda föràngare (12) till fordonets kylkrets (2) nedströms radiatorn (7), - användning av köldmediekretsen (9) för att sänka kylvätskans temperatur i fordonets kylkrets (2) nedstrdms radiatorn (7). och

2. Metod enligt patentkrav 1, kånnetecknad av, - kylning av kylvätskan i fordonets kylkrets (2) till en temperatur som understiger den omgivande luftens temperatur.

3. Metod enligt nagot av patentkraven 1-2, kännetecknad av, ~ styrning av kylvätskeflödet fràn kylkretsen (2) så att àtminstone en del av kylvätskan passerar köldmediekretsens (9) kondensor (ll) och föràngare (12).

4. System för kylning av kylvätska i ett fordons kylkrets inne- fattande en köldmediekrets (9) som drivs av en kompressor (10), och med en kondensor (ll), (7), kännetecknad av, - att köldmedíekretsen (9) är ansluten till fordonets kylkrets (2) uppströms och nedströms radiatorn (7), och - att köldmediekretsen (9) är anordnad att sänka kylvätskans temperatur i fordonets kylkrets (2) nedströms radiatorn (7). en föràngare (12) samt en radiator 10 533 435 ll)

5. System enligt patentkrav 4, kñnnetecknad av, - att köldmediekretsen (9) är anordnad att kyla kylvätskan i kylkretsen (2) till en temperatur som understiger den omgivande luftens temperatur.

6. System enligt något av patentkraven 4~5, kännetecknad av, - att åtminstone en ventil (18a,b) är anordnad uppstrdms och/- eller nedströms radiatorn (7) och anordnad att styra flödet i fordonets kylkrets (2) så att åtminstone en del av kylvätskan passerar kondensorn (ll) och förángaren (12).